土钉在边坡支护中运用的讨论.pdf

第 1 卷第 4期 2 0 0 4年 l 2月 云南现代交通 YH n n a r l Mo d e m C x m 3 mu n ic a t io n V0 1 ． 1 ． No． 4 De e． 2 O0 4 士钌 丁 在边瑗支护中运用的罚论 陈 群刘昌萍 云南省公路规划勘察设计院， 昆明， 6 5 0 0 1 1 摘要边坡土钉支护 自9 0年代以来在我国有着越来越广泛的运用。它施工简单，不 占工期 ，工程量较 小、造价低。但关于土钉的受力机理、工作特点的讨论并 不太清楚，如钉杆周 围剪力的分布规律、土钉轴力的变化特点、土钉最大轴 力的中性点位置等等。本文对此做 了详细的论述，以有利于土钉 支护的理论发 展 和工程 应用。 关键词 土钉 ；边坡支护 ；受力机理 ；运 用 l 前言 边坡 土钉 支护是 一种较新的支护形式 ， 它材 料用量和工程量较小 ， 另外它施工设备轻便、 操 作方法简单、 结构轻巧、 柔度大， 有非常好的抗震 性能和延性等 ， 于是使用的范围逐渐扩大。但是 人们对于它的工作机理 ， 结构特点 ， 使用条件 ， 与 锚杆的区别等讨论得还不够充分。有的认为 ① 土钉在组合土体内， 因摩阻力 自相平衡， 最大轴 力在钉杆长度中点；②土钉就是将土组成整体 ， 类似重力式挡土墙， 支撑着墙后的土压力； ③最 大轴力点两 侧轴 向力 沿杆长呈 直线 减少 ， 至端点 为零；④钉杆周围的摩阻力因轴向力差而引起， 所以周边剪应力沿长度均匀分布等等。实际上 ， 这些概念都是不正确的，以致于有的工程失败 ， 成功的工程也是安全系数取值过大， 最终加大工 程资金 的投入 。为减小工程投资 ， 在 工程安全 的 前提下 ， 最 大程度的利用土钉的性能 ， 特作 以下 探讨 。 2 土钉支护的工作特点 土体 的抗剪 强度较 低 ， 抗拉强度几乎 可 以忽 略， 虽然土体具有一定的结构整体性， 但是 自然 收稿 日期 2 0 0 4 1 0 0 9 土坡只能在 较小 的高 度 内保持直立 ，当边坡 高 度大于临界高度或者在超载及其它因素 如含 水量 的变化将发生突发性整体破坏 ， 为此采用 支挡结构，但这些支挡属于常规的被动制约机 制。土钉支护是在土体内设置一定长度和密度 的土钉构成的，土钉与土共同作用弥补土体强 度的不足， 为主动制约机制的支挡结构。因此它 是以增强土体 自身稳定性的主体制约机制为基 础的复合土体 ，不仅有效地提高了土体整体刚 度， 又弥补了土体抗拉、 抗剪强度不足的弱点。 通过相互作用，土体 自身强度的潜力得到了充 分发挥， 改变了边坡变形和破坏形态， 显著提高 了边坡整体稳定性 。 土钉加固土体是通过土钉与土体相互作用 来实现的，这种作用一方面体现在钉一土界面 阻力的发挥程度 ； 另一方面， 由于土体与土钉刚 度 比相 差悬殊 ，所 以在 土钉进 入 塑性变形 阶段 后， 土钉 自身作用逐渐增强， 从而改善了复合土 体塑性变形和破坏性状。土钉在复合土体 内的 作用可概括为四个方面 1 箍束骨架作用 ； 2 分担作用； 3 应力传递与扩散作用 ； 4 坡面变 维普资讯 云南现代交通 第 1 卷 形 的约束作 用。 土钉与锚杆有如下 区别 1 锚杆设 法防止产生变位 ， 而土钉一般要 求土体产生微小位移， 从而使土钉与土体之间的 摩阻力得 以充分发 挥。 2 锚杆 只在锚 固段受力 ，而土钉在全长范 围内受力 。 3 土钉的受力机理 土钉在加固的土体内， 最大轴力点并不在钉 杆长度 的中点 ， 杆 内的轴力 沿长度也不是按直线 变化 ， 摩阻剪应力沿杆长也不是均匀分布。最大 轴力 中性 点的剪应 力为零 ， 中性点的最大水平推 力 在优势 滑裂面 。以最 简单 的无粘性 砂 土直线 滑裂面为例 图 1 。稳定界 面以上有无限多滑裂 面 1 ～n ， 最大水平推 力 优势 滑裂 面为 O K 。钉 杆 轴 向力 和摩阻剪应 力变化 如图 1 b和 c ，最大 轴力 中性 点在 K点 ， 最大剪力应力 在端 点 ， 而外 端点最大。因 自相平衡， 中性点两侧剪应力图的 面积相等。若外端剪应力峰值超过摩阻强度或 粘结剂粘结抗剪强 度 ， 则端点将 滑脱 ， 这时应在 端点挂网喷混凝土， 以减少土钉抗剪力 ， 降低剪 应力峰值 。 这是 一种有效的办法 。中性点 内侧剪 应力变化缓慢 ， 接近均匀 。土钉伸入稳定界 面一 定值 ， 一般即可满足要求 。 4 土钉的设计尺寸和构造 土钉支 护的基坑 边坡 ，可以是直 立 的陡坡 粘性土 ， 也可一定程度的削坡或局部 上部 削 b 轴 力 剪 力 T 图 1 土钉受力 图 坡 。削坡 的角度大小视边坡 基坑 周边环境和 土壤性质而定。当为直立陡坡时， 经推导结合经 验优 势滑 裂面 的竖 向夹 角为 a4 5 。 一 ／2 ，于 是 ．根据 土钉布置 高低位 置可确定 最大轴 力 中 性点 K，算出 K点轴力 确定 土钉直径 和 K点两 侧锚 固段长 度 。外 侧段剪 应力近似 按三 角形计 算 ，内侧段 近似按 均布计 算后加 一段长 度。如 果边坡 削面 与竖线 的夹 角为 a，则优 势 滑裂面 与竖线 的夹 角 已不再 是 a4 5 。 一 ／2 ，这 时土 钉承受 的最 大水平推 力需 重新计算 。若 仍 以公 式之 为 E a 7 H K a／2 1 则水平推力 系数 一 土的 内摩擦角 ； a 一削坡 面与竖直线 夹角 ； 一 土壤重 度 ； H 一土坡段高 。 为 了工 程应 用 的方 便 ，将 K a的值 列于 下 表 ， 供查用 。 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 J0 4 5 5 0 ． 5 6 2 8 0 ． 4 6 O 4 0 ． 3 7 4 J0 0 ． 3 0 o 9 0 ． 2 3 9 1 0 ． 1 8 6 8 0 ． 1 4 3 1 0 0 ． 5 3 9 3 0 ． 4 3 2 6 0 ． 3 4 4 O 0 ． 2 7 0 3 0 ． 2 o 9 1 0 ． 1 5 8 4 0 ． 1 1 6 1 5 0 ． 5 1 7 6 0 ． 加6 1 0 ． 3 1 5 1 0 ． 2 4 o 9 0 ． 1 8 0 5 0 ． 1 3 1 6 0 ． 0 9 2 5 2 0 0 ． 4 9 7 1 0 ． 3 8 0 l 0 ．2 8 6 7 0 ． 2 1 2 1 0 ． 1 5 2 9 0 ． 1 0 6 2 0 ． o 7 0 1 为了减载， 当上部局部削坡时， 取削面的平 均夹角。 由式 1 可算得 土钉 承受 的最大水 平推 力 当土钉 尚有一定水平复 角 6时 ， 最大轴力为 NE a ／ c o s 。 土钉 最大轴力 虽可求 出 ，但 其 中性 点位置 尚不知道 ， 不能确定钉杆 锚固长度。根 据图 2 示 平均关 系 Rc o s W ． ． ‘ ． R W ／ c o s Rs i n F E， ． ‘ ． E wt W 7 H 唔 e一唔Q ／ 2 ． ．E7 H t g q “ t g 0一唔Q ／ 2 2 又 ． 9 0 一0一O ～ O～ 一 ∞ 维普资讯 第 1 卷第 4 期 2 0 0 4年 1 2 月 云南 现代 交通 Y u n n a n Mo d e m C o mmu n ic a t io n V0 1 ． 1 ． No． 4 De c． 2 0 0 L4 钢 纤 维 混 凝 土 的 配 合 此 设 计 及 其 拌 合 逼输 质 量 控 制 万 里 刘昌萍 云南省公路规 划勘察设计 院， 昆明， 6 5 0 0 1 1 摘要本文介绍 了钢纤维混凝土材料在旧混凝土路面修补的情况，以及拌合、运输、质 量控制等方法。钢纤维混凝土是一种性能优 良的新型复合材料。与普通混凝土相 比，其抗拉 、抗 弯、抗裂及耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧性等性 能都有显著提高， 它不仅可使面层减薄，缩缝间距加大，改善路面的使用性能，延长路 面使用寿命 ， 而且还可 节省工程造价 ，缩短／ gx _ ． 工期 。 关键 词 钢 纤维混凝 土 ；性 能；配合 比设计及施 工 我国从 7 0年代 末开始 ，钢纤 维混凝 土从 实 验室研究和 小规模 应用 逐步 走 向较大 规模 的工 收稿 E t 期 2 0 0 4 0 9 1 4 程试点 以及在某些 领域 中的推 广应 用 ，积 累 了 工程施工经验 ， 目前应 用于许多工 程领域 。 代入式 2 有 ET H t g 9 0 。 一e t g 0 一t g a ／ 2 3 令d E ／d 0 0 即 g ‘ 。 。 一。一o 0s e e z 9 0 。 一0一 t g et g a 4 E I ／ ／ ／ ／ R ／ 可求得最大 值 E a对应 的 e角 ，从而可求得 中性点 的位置 。 解上述式 4 比较麻烦 ， 可近似用 图解 法 如 图 3 求 滑裂 面夹角 e ，夹角求 出后可得 K点位 置 ， 并确定钉杆锚固段长度 。 图 2 滑裂面 nn平衡 关系 以上是 以无 粘性砂土 为例讨 论的 ， 当为粘性 土沿 曲面滑移 时 ， 同理 可按 以上原则进 行设计计 算 。 5 土钉支护的适用条件 打入或钻孔埋 入土 中的土 钉 ， 为非 预应力杆 件， 靠被加固土体的变形起约束锚固作用 ， 因而 基坑周 边土体 变形 范 围内有变 形敏 感 的建筑 物 或地下管网设施 时 ， 不宜采 用土钉支护 。此类因 考虑不周 或周 围情 况不 明而 引起 事故 的例 子并 不解见 。因此选择 边坡 支护方 案时 ， 必须 将基坑 { ．V 图 3 图解法求 0 a I 周围环境要求调查清楚， 然后选择经济适用的支 护方 案 ， 否则可能引发意 想不到 的事故 。 参考文献 1 基坑土钉支护技术规程 中国工程建 设标准化协会标准 1 9 9 7 2 吴湘兴主编 土力学及地基基础 武 汉大学 出版社 1 9 9 1 3 杨青 山， 赵刚译 加筋土和锚固技术 - 1 9 8 9年 1月 I l 维普资讯